新型电力系统仿真分析、测试验证。 一、项目分类 关键核心技术突破 二、成果简介 随着“双碳目标”国家能源战略的确定和新型电力系统概念的提出，我国能源转型力度持续加大，逐步形成了大量新能源接入电力系统的局面。由于风能、太阳能等新能源与常规能源禀性差别很大，其并网发电系统具有显著不确定性、波动性和机械惯量缺失等特点。此外，高比例电力电子装备、新一代直流输电、多能互补的综合能源、各类大规模储能电站、各种通信及自动化新技术装置等因素使得新型电力系统组成要素愈加复杂，动态特性蕴含诸多未知，造成系统规划设计、装备制造、系统集成和运行控制等都面临史无前例的挑战。目前，电力科研院所、规划设计单位、装备制造厂家、教育培训机构等对新型电力系统开展仿真分析、测试验证的需求很大、很迫切。同时看到，新型电力系统的这些新型场景对仿真技术要求苛刻，门槛很高。 1）新型电力系统需要精细化动态模拟。人们对新型电力系统动态行为的认识还不够深入，无论是基础理论层面还是工程技术层面还处于广泛讨论、观点碰撞或局部示范试验阶段。然而，电力设施的新技术路线试错成本极高，不太可能对所有备选方案和技术选项都逐一示范。因此，开展大量深入的仿真研究是推进新型电力系统实施的必要手段。对于新型电力系统，需要深入开展仿真研究的领域包括：①新型电网体系结构研究；②新能源接入电网关键技术； ③ 新能源电网保护与自动化技术； ④源网荷储协同控制与优化调度；⑤新型配电网的电能质量分析与控制；⑥人工智能等新技术对新型电力系统的支撑。 2）新能源基地并网需要做稳定性评估。大规模陆上及海上风电集中接入局部电网有可能引发次/超同步振荡、宽频谐波谐振等电网安全稳定性问题，需要对这些问题进行机理及应对策略分析。所以需要对包含多类型新能源装备的局部电网做精细化动模仿真测试。然而，百千台级风光机组电磁暂态详细建模与仿真是一个卡脖子难题。 3）软、硬件在环仿真是必要的。新能源及储能电站的电力电子变流器控制及保护策略是厂家核心机密，对外不公开。由于控保策略对装置外特性及其接入系统的响应特性有重要影响，故需要分析内部核心控保策略。需要将新能源及储能控制器实物或黑盒模型接入测试平台开展动模仿真，以对其多时间尺度动态响应特性进行精细化分析。软、硬件在环试验对仿真平台提出了更高要求。 4）超大规模储能电站的仿真难度大。①单个储能机组的设备形态发生改变，从两/三电平变流器向模块化多电平变流器（MMC）的复杂结构演变，甚至采用储能跟变流器集成，故需要对这种复杂新形态做精细化测试验证。②超大规模、超大机组的储能电站包含较多并联储能单元或者储能机组，吉瓦时级储能电站，需上百台机组并联。另外，储能变流器的控制策略正从电流源型向电压源型转变，控制策略趋于复杂化，故需要大量的储能变流器的控制装置接入测试平台，才能对实现对储能单机以及多机之间协调控制性能测试，进而实现超大规模、超大机组的储能电站的精细化仿真。 5）现代直流输电控制与保护测试提出更高要求。超/特高压直流输电系统应用于新能源基地外送的控制保护策略及其硬件在环试验对实时仿真平台硬件资源要求苛刻，既要对直流输电系统建模，又要对新能源基地建模，应用场景的复杂性对仿真平台要求更高。 1 技术分析（创新性、先进性、独占性） 1.1 国产化实时仿真技术现状 实时仿真是指仿真模型执行进度与系统时钟完全同步的一类仿真，具备这种特性的仿真装置称为实时仿真器。新型电力系统的认知、试验、生产、培训需求快速增长，形成了实时仿真领域巨大潜在市场。但目前RTDS、RT-LAB等进口设备依旧垄断市场，对于大规模新能源场站、县域规模万节点级电力系统、多端特高压直流输电等应用场景电磁暂态仿真，所需的仿真资源巨大，平台造价极高。且关键核心技术处于卡脖子状态，平台应用的灵活性和开放性受到很大限制。只有开发和推广国产化实时仿真技术才能为顺利推进新型电力系统建设过程中的研究和生产提供自主可控的工具和手段。 1.2 UREP与进口设备的对比试验  为了实现电力实时仿真器的国产化替代，彻底解决电力实时仿真领域的技术“卡脖子”问题，国产实时仿真器UREP需要与国际主流技术进行对比，力求达到甚至超过目前世界最先进的技术。对标对象为行业公认的电力系统实时仿真仪（RTDS）和行业广泛使用的RTLAB，以上两款设备均为加拿大生产。对比试验方案如图1-1所示。制定标准（典型）测试算例，分别在UREP、RTDS和RTLAB环境下搭建测试算例的仿真模型，在完全相同的测试条件和试验内容下得到各种仿真器的仿真结果，比较仿真结果的一致性。同时比对仿真规模、建模效率和编译时间等关键指标。             图1-1  国产UREP与进口设备对标方案 1.2.1电气网络仿真对比    图1-2表示了一个多支路网络，基于图1-1中三种仿真器搭建该模型，通过不断增加支路数扩大网络规模，直到仿真器过载，得到仿真器的算力极限。         图1-2  多支路电气网络 在50us仿真步长下，对于图1-2案例RTLAB最大仿真规模为78个 三相节点，UREP也为78个 三相节点，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分52秒，UREP编译时间为1分12秒，UREP是RTLAB的3.22倍。      图1-3  基于RTDS的仿真模型  当基于RTDS建模时，如图2-5，每块PB5最多允许24个节点；当基于NovaCor建模时，在超大步长150us下可以达到100节点，在50us步长下仿真规模未知。 2.2.2 双馈风机仿真对比   双馈风机含有电机、传动链、电力电子变流器和控制系统，是具有代表性的新能源元件。在在50us仿真步长下，对于如图1-4案例，RTLAB最大仿真规模为6台，UREP也为6台，二者相同。在编译速度方面，RTLAB编译时间为7分0秒，UREP编译时间为2分12秒，UREP是RTLAB的3.18倍。                图1-4  双馈风机测试案例 2.2.3 直流输电仿真对比   直流输电是最复杂的电力电子装备，有换流阀、阀控制器、极控制器、站控制器等一次和二次系统，是实时仿真领域的难点，也是检验仿真器能力的试金石。图1-5是双端单极直流输电系统测试用例，每端包含2个六脉波桥，控制保护包括了阀控、极控和主控模型，封装于蓝色模块内。   图1-5 双端单极直流输电系统测试用例 将图1-5所示算例分别在RTLAB和UREP中建模运行，在单核可用资源下，若仿真对象为电气主系统和控制保护组成的整个系统，则RTLAB过载，UREP也过载。若仿真对象仅为电气主系统（即双侧电源、交直流滤波器和4个6脉波桥），则RTLAB和UREP均不过载。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分40秒，UREP编译时间为1分11秒，UREP是RTLAB的3.10倍。 2.2.4 同步发电机组仿真对比    同步发电机目前仍是电力系统主力电源，是电力系统的主要仿真对象。同步发电机组模型包括同步发电机、调速器、励磁调节器及升压变。搭建多台同步电机并列运行算例，如图1-6所示。   图1-6  同步电机并列运行算例 在50us仿真步长下，对于图1-6案例RTLAB最大仿真规模为11台，UREP为13台。在编译速度方面，RTLAB编译时间为3分51秒，UREP编译时间为1分16秒，UREP是RTLAB的3.04倍。 2.2.5 最小步长对比 基于CPU的最小仿真步长能够体现仿真计算时间的抖动问题，抖动越小，允许的仿真步长就越小。因此，通过比较最小仿真步长，也可以反映仿真器的计算性能。仿真对象采用单台双馈风机，模型包括风力机、绕线异步电机、机侧变流器、网侧变流器、主动系统、所接入的配电网等元素，如图1-7所示。             图1-7  测试最小步长算例 经测试，RTLAB最小仿真步长为24us，UREP最小仿真步长为20us。可见，UREP具有更小的仿真抖动。 2.2.6 仿真精度对比 为了验证国产UREP的仿真精度，采取和RTDS交叉对比验证方法说明UREP的仿真精度。电力系统仿真包括电磁暂态和机电暂态，因此，从电磁暂态和机电暂态两个方面进行对比，同时考虑各种应用场景，以覆盖各种情形。电磁暂态检测案例的电网拓扑如图1-8所示。 图1-8 电磁暂态检测使用案例 无穷大电源电压等级为110kV，频率为50Hz，系统内阻抗为；L1、L3线路阻抗为，L2、L4线路阻抗为， T1、T2两变压器的额定容量均为，短路电压，空载损耗，空载电流，短路损耗，变比，高低压绕组均为Y形联结；假设系统A1、B1、A、B处供电负荷为(5+j1)MVA，C1和C处供电负荷为1+j0.1MVA。UREP建模如图1-9所示。   图1-9 电磁暂态检测案例的UREP仿真模型 基于RTDS建立电磁暂态案例的仿真模型如图1-10所示，其电压过零点短路控制如图1-10所示。   图1-10  RTDS仿真模型   图1-11  RTDS电压过零点短路控制结构 对上述模型，分别使用UREP和RTDS进行实时仿真，仿真时间为0.2s，短路故障发生在0.06s-0.16s之间，仿真步长为100微秒，横轴表示在0.2s时间内仿真采样点数，纵轴表示母线电压、电流，单位分别为V、A。在母线A点处发生三相短路，短路前后及短路期间的三相电压波形如图16-7。为了显示细微之处，将图1-12局部放大后，如图1-13。   图1-12  A点发生三相短路时三相电压波形   图1-13  A点处发生三相短路时三相电压波形局部放大 点划线为RTDS仿真结果，虚线为UREP仿真结果。可以看出，两种仿真结果高度重合，表现出电磁暂态仿真结果的高度一致。电磁暂态过程除了表现在电压动态还表现在电流动态，短路前后及短路期间的三相短路电流波形如图1-14。   图1-14 A点处发生三相短路时三相电流波形 图1-15  A点处发生三相短路时三相电流波形局部放大图 1.3  对标结论 （1）在内核资源完全等同条件下，国产UREP和RTLAB的仿真算力基本相同，即内核授权数相同条件下，具有相同的仿真规模。 （2）国产UREP的建模效率和编译速度远远高于RTLAB。小规模场景下，UREP是RTLAB的3倍左右，大规模场景下UREP是RTLAB的45倍左右。 （3）在仿真对象完全相同的条件下，国产UREP和RTDS的电磁暂态仿真结果完全相同，二者交叉对比没有差别。

同济大学电子与信息工程学院康琦教授团队面向复杂工业过程智能运维，深度融合物联网、大数据、人工智能等技术，设计开发了高集成度与模块化的边缘计算平台。该技术采用云-边-端一体化的系统架构设计，结合迁移学习、演化计算等智能技术，构建了可持续学习的通用网络进化框架，针对不同应用场景，通过模型与算法的模块化管理与轻量化学习，可实现边缘侧模型定制与部署，全面感知系统动态，自适应环境与工况变化，实现无人值守的工业过程在线学习、智能控制与持续优化，显著降低运行成本，提升企业经济效益。 边缘计算平台架构 目前该技术已经获得相关授权发明专利6项，面向钢铁冶炼、汽车制造、污水处理、轨道交通等领域，在多个省市的节能控制与运营优化相关智能化工程项目中得到了推广应用，平均节能达30%，经济效益明显。基于该平台技术对城市污水处理厂生物曝气过程进行自适应软测量建模与学习优化控制，实现了多目标联合优化的在线智能监控系统，年平均节电超过27%。对大型制造企业的多车间冷源系统实现了全自动在线优化与智能控制，系统能效提升一倍，年平均节电36.9%。

产品详细介绍

项目背景：安全、高效、绿色、智能的自动化智能化码头都 是国内港口发展的必然趋势。中国是港口大国，在“交通强国” 国家战略的统筹下，国内各大港口先后开展了自动化智能化码头 的新建和改造升级工作。但国内现有、在建及规划中的所有集装 箱自动化码头装卸设备控制系统、自动化单元、自动化管控信息 化系统的核心技术及部件基本依赖进口，这些核心技术及部件被 ABB、SIEMENS 等国外公司所垄断，并形成了技术壁垒。面向国 内集装箱港口自动化智能化的现实需求，加快“卡脖子”关键核 心技术的突破和关键零部件国产化替代势在必行，迫在眉睫。 所需技术需求简要描述：1.依据国产工业控制平台的技术特 点和现有港口场景的业务需求和任务流程，搭建基于国产平台的 物理架构。对标 ABB、西门子等成熟平台，主要考核指标：每秒 至少处理 500 个任务、软件响应时间为毫秒级、支持多系统扩展； 在国内一流大港的集装箱码头实现工程应用。堆场效率不低于 30 循环/小时，人工介入率不高于 5%；与 ABB 或西门子等管控系 统下辖场桥设备实现同堆场组网、互联互通以及无缝替代。2. 结合目标工程研制测试验证平台，实现单机控制系统和堆场管控 系统的数字仿真测试、半物理仿真试验。为工程应用奠定基础。 在测试验证基础上，完成控制系统和管控系统迭代优化，并实现在智慧港口的生产联网应用。主要考核指标：（1）具备按目标港 口实际实现三维场景快速搭建能力，具备多接口接受不同的数据 驱动源的能力；（2）具备关键设备数据收集及数据实时可视化展 示的能力；（3）软件系统支持多客户端计算机同时运行（10+）； （4）系统支持第三方三维模型导入；（5）系统模型数量级不低 于在场箱 10 万，其他运动机械模型 1 万；可实现在场岸桥≥6 台、场桥≥20 台、AGV≥20 台、集装箱≥2 万 TEU、年吞吐量 200 万 TEU 规模集装箱码头的模拟仿真。  对技术提供方的要求:1. 拥有完善的科研管理体系，符合国 标的质量管理体、环境与职业健康安全体系；2. 拥有与本项目 技术方向相关的省部级工程技术科研平台及测试中心；3. 承担 过本项目相关领域的国家级科研攻关项目；4. 设有硕士点、联 合博士点和博士后研究工作站。 

该系统可用于材料类、生物类、化学类等相关专业的高校学生的理论和实践教学，提高应用型人才培养质量和教师教学科研水平。

该项目为2015年四川省科技进步一等奖获奖项目，围绕自然灾害监控预警、生态环境监测的国家重大需求，提出了基于北斗系统实时监测的系列关键技术，并研发了相关应用系统及产品。总体技术达到国际先进，部分技术国际领先。成果已获授权专利27项，发表论文30篇。并已在四川、西藏、云南、广东等八省区的五十余家单位推广应用。

通过该项目的实施与应用，实现公司销售、设计、生产及管理等信息的集成与共享，实现全生命周期的产品数字化设计、制造管理,实现大批量定制的产品数字化配置设计管理，同时优化产品族结构，实现基于二维图纸和三维模型相结合的产品设计制造和管理，提高产品设计、制造与管理效率，缩短产品设计周期，增强公司的综合竞争能力。 目前已完成平台原型系统的开发，成功在国内多家制造型企业进行应用实施。 可提高企业产品设计制造效率，使产品设计、生产周期缩短为原来的70%，客户需求的响应周期缩短为原来的60%；系统运行稳定、可靠，在技术上达到国内领先水平。

一种用于集控式一体化网络课程制作平台的摄像装置，包括一对对称布置的摄像装置，两摄像装置通过位于中间的竖直转轴转动连接，摄像装置由筒体、连杆组成，所述筒体为中空柱形体，内部形成通道，连杆一端与筒体侧壁连接，另一端与竖直转轴连接，镜头安装在所述通道内。通过一竖直转轴将两摄像装置转动连接，在对目标区域进行摄像时，可以根据目标区域的远近调节两摄像装置之间的夹角，进而实现精确的三维成像，更好的还原真实课堂环境。

医学院、教学医院里的临床技能实训中心用于整个中心信息化管理、人员管理、财产管理、教学活动管理、考核管理等。对整个中心数据进行采集、分析、处理等。

        LGH-DQ01A型 工业机器人自动化综合实训平台主要用于工业机器人电气系统、气动系统的设计、安装、调试、维护维修；工业机器人PLC编程；工业机器人变频、伺服系统的参数调整与编程控制；工业机器人传感器的检测与应用；人机界面编程与应用。         工业机器人自动化综合实训平台为模块化开放式设计结构，主模块可作为独立的实训系统单独使用，也可通过标准接口与电工实操、电气控制、气动控制、伺服步进、传感检测、机械拆装等子模块组合，构成不同功能的自动化控制实训项目。各种电气元器件、机械构部件、系统运行状态具有直观性，功能具有可扩展性，应用具有安全性。工业机器人自动化综合实训平台可用于自动化电气部件、气动部件、伺服电机、步进电机、变频器、传感器、可编程控制器、触摸屏等工业控制系统中最常用的设备的安装、接线、调试，可开展自动化相关控制技术的实训。 一、技术参数 1.单相 AC 220V±10% 50 Hz； 2.整机功耗：≤ 3kW； 3.环境温度：-10～40 ℃； 4.环境湿度：≤90%（25℃）； 5.安全保护措施：具有接地保护、漏电保护功能，安全性符合相关的国家标准； 6.外形尺寸（长宽高）：1800×1200×1500mm。 二、主要配置 序号 名称 主要技术指标 数量 单位 1 主模块（PLC、变频、触摸屏） 钣金喷塑台架，1600X800X1200配脚轮。 输入电源:三相AC380V±10%； 整体功率：<0.6kVA； 气源压力：≥0.4MPa； 工作温度：-5ºC～+40ºC； 工作湿度85%（25ºC）； 整机重量：≤120Kg 由三菱FX3U-48MT，三菱变频器，三相异步电机，7寸触摸屏，三菱cclink通讯模块，台式电脑（自配）、按钮盒等组成 1 套 2 电气控制模块 由交流接触器，继电器，控制按钮，网孔板等组成 1 套 3 气动模块 由2只执行气缸，2个电磁阀，1个调压表，磁开关，网孔板等组成 1 套 4 伺服步进模块 由伺服电机，丝杆，步进电机，网孔板等组成 1 套 5 传感器模块 由电感式接近、电容式接近、光电、光纤、温度、霍尔、磁性、光幕等传感器，网孔板等组成 1 套 6 机械拆装模块 上料模块、下料模块、输送线模块 1 套 7 常用工具 大小一字十字螺丝刀、电工刀、压线钳、剥线钳、电烙铁、焊锡丝、斜口钳、电工胶布、试电笔等 1 套 8 信号线 编程线、触摸屏下载线、触摸屏与PLC通讯线 1 套 三、实训项目 1、基础实训项目： （1）低压电器选型实训 （2）配电工艺实训 （3）点动、长动等控制线路的安装实训 （4）正反转控制线路的安装与调试实训 （5）顺序控制线路的安装与调试实训 （6）降压启动控制路的安装与调试实训 （7）自动往返控制线路的安装、调试实训 （8）PLC编程方法训练实训 （9）PLC指令训练实训 （10）PLC控制电机训练实训 （11）PLC控制变频器训练实训 （12）PLC采集传感器信号训练实训 （13）PLC控制气动装置训练实训 （14）PLC对电机速度控制训练实训 （15）PLC 1:1通讯实训 （16）PLC N:N通讯实训 （17）触摸屏页面设计实训 （18）触摸屏参数设置实训 （19）PLC与触摸屏通讯实训 （20）变频器选型实训 （21）变频器控制线路设计实训 （22）变频器参数设置实训 （23）变频器点动、正转、反转控制实训 （24）变频器7段数控制实训 （25）变频器15段数控制实训 （26）变频器与PLC通讯实训 （27）变频器与触摸屏通讯实训 2、气动实训项目： （1）PLC控制气动系统完成模拟钻床上钻孔动作实训 （2）气动实训系统中搭建自动开关门装置时实训 （3）气动实训系统中搭建气缸给进系统实训 （4）用PLC完成双缸动作回路控制实训 （5）用PLC控制气动系统完成某家具试验机的设计实训 3、传感器模块实训项目： （1）电感式接近传感器应用实训 （2）电容式接近传感器应用实训 （3）光电传感器应用实训 （4）光纤传感器应用实训 （5）温度传感器应用实训 （6）霍尔传感器应用实训 （7）磁性传感器应用实训 （8）光幕传感器应用实训 4、伺服步进模块实训项目： （1）步进电机驱动选型实训 （2）步进参数设置实训 （3）步进电机控制线路设计实训 （4）步进电机控制程序设计实训 （5）伺服电机与驱动选型实训 （6）伺服参数设置实训 （7）伺服电机控制线路设计实训 （8）定位控制实训 （9）转矩控制实训 （10）速度控制实训 5、机械拆装模块实训项目 （1）上料模块拆卸 （2）下料模块拆卸 （3）输送线模块拆卸 （4）输送线模块装配与调试 （5）下料模块装配 （6）上料模块装配